【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、離れた二地点間に対向設置されて、自由空間中を伝搬する光ビームにより光信号を送り通信を行う光空間通信装置で、特に装置の角度ずれによる光ビームの光軸補正機能を持つ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に自由空間中に光ビームを伝搬させて通信を行う光空間通信装置は、光のパワーを効率よく伝送するために、光ビームの拡がり角を極力小さくした狭い光ビームで伝送する必要がある。しかし光ビームを狭くすると、建物あるいは設置架台の風圧や振動による揺れ、温度変動による歪み、時間経過による角度変動などのため、光ビームが相手方装置から外れやすくなり、安定した通信が難しい。
【０００３】
このような問題を解決するために、図５のように、装置の角度が変わっても角度変化を補正して常に光ビームが相手側装置を向くような光軸ずれ補正機能を持つ装置が考案されている。
【０００４】
図５は対向する１対の装置の片側を示す。図５において、２０は光ビームの送信／受信のための光学系である。相手側装置への送信光信号は半導体レーザ等の発光素子２１から放出され、集光レンズ２２で集光される。半導体レーザの光は偏光しており、偏光方向は紙面に水平になるように設定されている。偏光された光は偏光ビームスプリッタ２３で送受光レンズ２４の方向に反射され、送受光レンズ２４で、僅かに拡がりを持つほぼ平行の光ビーム２５となって相手側装置の方向に送信される。
【０００５】
その一方で、相手側装置から送られて来た光は、自装置よりの送信光信号と同じ光軸上で逆の進路をたどり、送受光レンズ２４から偏光ビームスプリッタ２３に入るが、相手方装置からの受信光は偏光方向が送信光と直交するように（偏光方向は紙面に垂直）設定されているため、偏光ビームスプリッタ２３をそのまま透過し、ビームスプリッタ２６に入る。受信光の大部分はビームスプリッタ２６で反射し、光信号検出用の受光素子２７に入射して、通信用の信号が検出されるが、一部の光はビームスプリッタ２６を透過して、光位置検出素子２８に入射する。
【０００６】
光位置検出素子２８は、例えば図６に示すような４分割されたフォトダイオードである。図６には、２８ａから２８ｄまでの４つに分割されたフォトダイオードに光スポット３３が当たっている様子が示されている。４つのフォトダイオード２８ａから２８ｄの出力を比較することにより、光スポット３３の位置を知ることができる。光位置検出素子２８から送信される信号は、角度補正情報として制御回路２９で演算処理され、光学系２０の駆動回路３０に駆動信号が出力される。そして駆動回路３０により、垂直方向の駆動機構３１および水平方向の駆動機構３２を動かして、光スポット３３の位置が光位置検出素子２８の中心に来て、４つのフォトダイオード２８ａから２８ｄの出力が全て等しくなるような方向に駆動・制御される。
【０００７】
光位置検出素子２８、発光素子２１、光信号検出用の受光素子２７は全て光軸が一致するように位置調整がなされており、光位置検出素子２８の中心に光スポット３３が当たった状態では、光信号検出用の受光素子２７の中心にも光が入射しており、かつ発光素子２１よりの光の中心は相手側装置の方向に放射される。
【０００８】
このようにして常に送信光が受信光の方向、即ち相手側装置の方向になるように光軸ずれ補正が行われる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術で説明した発明には、第１に光軸ずれ検出用に受光した光ビームの一部を使用している分受光効率が落ちるという問題がある。
【００１０】
第２に光軸ずれ検出用の素子に光を当てるための分岐光学系が必要であり、光学系が複雑になるという問題がある。
【００１１】
第３に信号を検出するための検出器のほかに特別な位置検出器が必要になるという問題がある。
【００１２】
また、上記第２、第３の問題には、製作や調節の為のコストが高くなるという問題がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の光空間伝送装置は、離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置であって、相手側装置からの光ビームを受信するための受信光学系を持ち、この受信光学系は相手側装置から送られてくる光ビームを光ファイバ束の端面上に集光する光学的手段と、一つ以上の光検出器と、集光した光ビームを光検出器に送るための光ファイバの束を有する事を特徴とする。
このように本発明では、集光されたビームが光ファイバの束を介して光検出器に送られる。従って、相手側装置から送られてくる光ビームの入射角度が変化しても別の光ファイバに光ビームが入射され、有効受光角度を広範囲にすることが出来る。
【００１４】
また、光ファイバの一つ一つの受光口前面に光ビームを集光する光学的手段を設けてもよい。このように本発明では、光ファイバの受光口前面に光ビームが集光される。従って、効率よくそれぞれの光ファイバに光ビームを入射させることができる。
【００１５】
また、光ファイバの一つ一つの受光口前面に光ビームを集光する光学的手段として、マイクロレンズアレーを使用してもよい。
【００１６】
また、上記光空間通信装置において、複数の光検出器で検出されたそれぞれの信号の強度を検出するための信号強度検出器と、この信号の強度により相手側装置から送られてくる光ビームの入射方法を解析する手段とを有するようにしてもよい。このように本発明では、複数の光検出器で検出されたそれぞれの信号の強度が信号強度検出器により検出される。従って、別途光軸ずれを検出する為の光学系手段、特別な位置検出素子を使用する事なく、簡単な構成で角度ずれ検出を行なう事が出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態である光空間伝送装置をもっとも良く表した図である。図５の従来例の受信光学系の構成のうち偏光ビームスプリッタ２３以降の部分を図１のごとく変更したものである。
【００１８】
図１において相手側装置から送られてきた光ビーム１０は、集光レンズ１１で集光され４本の光ファイバからなる光ファイバ束１２の端面に入射する。ここで例えば光ファイバ束は図２のように構成されている。
【００１９】
図２は光ファイバ１２ａ〜１２ｄを束ねた光ファイバ束１２の断面に集光された光スポット１７が入射している状態を示している。ここで光スポット１７は相手側装置から送られてくる光ビーム１０の入射角度により移動するが、光ファイバを束ねる事により、受光範囲を広範囲にすることができる。
【００２０】
光ファイバ束１２に入射した光は、受光素子１３ａ〜１３ｄに入射する。受光素子１３ａ〜１３ｄに入射した光は、電気信号に変換され、合波部１４で合波され受信信号出力部１５から受信信号として出力される。また一方で、光軸ずれ検出部１６で、受光素子１３ａ〜１３ｄに入射した光信号強度を検出し、それぞれの光信号強度を比較する事により、光スポット１７の位置を検出する事ができる。
【００２１】
これは図６の４分割フォトダイオードで光スポットを検出したのと同じ原理である。光スポット１７の位置から、相手側装置から送られてくる光ビーム１０の入射角度を知ることができる。この情報を基に、従来例１と同様に光学系２０を相手側装置の方向に向けて光軸ずれの補正を行なう事ができる。
【００２２】
このように第１の実施形態の光空間伝送装置では、光軸ずれを検出する為の光学系手段、特別な位置検出素子を使用する事なく、簡単な構成で角度ずれ検出を行なう事が出来る。
【００２３】
第２の実施形態の光空間伝送装置では、光を光ファイバ内に無駄なく入射させるために、集光レンズ１１と光ファイバ束１２の間に、マイクロレンズアレー１８は配置している点を除けば第１の実施と同様である。図３はマイクロレンズアレー１８に集光された光スポット１７が入射している状態を示している。
【００２４】
図４は本発明の第２の実施形態である光空間伝送装置をもっともよくあらわした図である。図４で相手装置から入射した光ビーム１０は集光レンズ１１に集光されマイクロレンズアレー１８に入射する。マイクロレンズアレー１８は入射した光を光ファイバ束１２のそれぞれの光ファイバのコアに集光させるように配置してある。
【００２５】
したがってマイクロレンズアレー１８に入射した光ビーム１０は効率よく、それぞれの光ファイバのコアに入射することができる。光ファイバ束１２に入射された光は、第１の実施形態と同様の方法で処理され角度ずれの検出が行われる。このように、集光レンズ１１と光ファイバ束１２の間に、マイクロレンズアレー１８を入れる事により、受信した光ビーム１０を効率よく受光素子１３ａ〜１３ｄに取り入れる事ができる。
【００２６】
第１、第２の実施形態では、４本の光ファイバーを束ねた場合について説明したが、４本に限らず、複数本で相手側装置の方向を検出できる構成であれば問題はない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、複数の前記光検出器で検出したそれぞれの信号の強度を検出するための信号強度検出器を有し、前記信号の強度から相手側装置から送られてくる光ビームの入射方法を解析する手段を有する事を特徴とすることにより、光信号を検出する為の光検出器のほかに、特別な位置検出素子を使用する事なく、簡単な構成で角度ずれ検出を行なう事ができるとともに低コストで光軸補正機能を持つ光空間通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態である光空間伝送装置を示した図
【図２】ファイバ束と光スポットの図
【図３】マイクロレンズアレーと光スポットの図
【図４】本発明の第二の実施形態である光空間伝送装置を示した図
【図５】従来の光空間伝送装置を示した図
【図６】従来のスポット位置検出素子を示した図
【符号の説明】
１０ 光ビーム
１１ 集光レンズ
１２ 光ファイバ束
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 光ファイバ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 受光素子
１４ 合波部
１５ 受信信号出力部
１６ 光軸ずれ検出部
１７ 光スポット
１８ マイクロレンズアレー
２０ 光学系
２１ 発光素子
２２ 集光レンズ
２３ 偏光ビームスプリッタ
２４ 送受光レンズ
２５ 光ビーム
２６ ビームスプリッタ
２７ 受光素子
２８ 位置検出素子
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ フォトダイオード
２９ 制御回路
３０ 駆動回路
３１ 垂直方向の駆動機構
３２ 垂直方向の駆動機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical space communication device which is installed opposite to two distant points and transmits an optical signal by a light beam propagating in free space and performs communication, and in particular, an optical axis correction function of a light beam due to an angle shift of the device. It is related to a device having.
[0002]
[Prior art]
In general, an optical space communication device that communicates by propagating a light beam in free space needs to transmit the light beam with a narrow light beam with a minimum divergence angle in order to transmit the light power efficiently. is there. However, when the light beam is narrowed, the light beam is likely to come off from the partner device due to the fluctuation of the building or the installation base due to the wind pressure or vibration, the distortion due to the temperature fluctuation, the angle fluctuation due to the passage of time, etc., and stable communication is difficult.
[0003]
In order to solve such a problem, as shown in FIG. 5, a device having an optical axis deviation correction function that corrects the angle change even when the angle of the device changes so that the light beam always faces the partner device has been devised. Have been.
[0004]
FIG. 5 shows one side of a pair of opposed devices. In FIG. 5, reference numeral 20 denotes an optical system for transmitting / receiving a light beam. A light signal transmitted to the other device is emitted from a light emitting element 21 such as a semiconductor laser and collected by a condenser lens 22. The light of the semiconductor laser is polarized, and the polarization direction is set so as to be horizontal to the paper surface. The polarized light is reflected by the polarizing beam splitter 23 in the direction of the light transmitting / receiving lens 24, and is transmitted by the light transmitting / receiving lens 24 as a substantially parallel light beam 25 having a slightly diverging direction toward the partner device.
[0005]
On the other hand, the light transmitted from the partner device follows the reverse path on the same optical axis as the optical signal transmitted from the own device, and enters the polarization beam splitter 23 from the transmitting / receiving lens 24. Is set so that the polarization direction is orthogonal to the transmission light (the polarization direction is perpendicular to the plane of the paper), so that the light passes through the polarization beam splitter 23 as it is and enters the beam splitter 26. Most of the received light is reflected by the beam splitter 26, enters the light receiving element 27 for detecting an optical signal, and a signal for communication is detected. However, a part of the light passes through the beam splitter 26 and The light enters the position detecting element 28.
[0006]
The light position detecting element 28 is, for example, a four-divided photodiode as shown in FIG. FIG. 6 shows a state in which the light spot 33 hits the four divided photodiodes 28a to 28d. By comparing the outputs of the four photodiodes 28a to 28d, the position of the light spot 33 can be known. A signal transmitted from the optical position detection element 28 is subjected to arithmetic processing by the control circuit 29 as angle correction information, and a drive signal is output to the drive circuit 30 of the optical system 20. Then, the drive circuit 30 moves the vertical drive mechanism 31 and the horizontal drive mechanism 32 so that the position of the light spot 33 comes to the center of the light position detecting element 28, and the outputs of the four photodiodes 28a to 28d are output. It is driven and controlled in such a direction that they are all equal.
[0007]
The position of the optical position detecting element 28, the light emitting element 21, and the light receiving element 27 for detecting the optical signal are all adjusted so that the optical axes coincide with each other, and when the light spot 33 hits the center of the optical position detecting element 28, Light is also incident on the center of the light receiving element 27 for detecting an optical signal, and the center of the light from the light emitting element 21 is radiated in the direction of the partner device.
[0008]
In this manner, the optical axis deviation correction is performed so that the transmission light always becomes the direction of the reception light, that is, the direction of the partner device.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the invention described in the above prior art has a problem that firstly, the light receiving efficiency is reduced by using a part of the light beam received for detecting the optical axis shift.
[0010]
Secondly, a branching optical system for irradiating light to the optical axis deviation detecting element is required, and there is a problem that the optical system becomes complicated.
[0011]
Third, there is a problem that a special position detector is required in addition to a detector for detecting a signal.
[0012]
In addition, the second and third problems include a problem that the cost for production and adjustment is increased.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical free space communication apparatus according to the present invention is an optical free space communication apparatus which is installed oppositely between distant points and performs communication using a light beam, and receives a light beam from a partner apparatus. Receiving optical system for collecting the light beam sent from the other device on the end face of the optical fiber bundle, one or more photodetectors, And a bundle of optical fibers for sending the light beam to the photodetector.
Thus, in the present invention, the focused beam is sent to the photodetector via the bundle of optical fibers. Therefore, even if the incident angle of the light beam sent from the partner device changes, the light beam is incident on another optical fiber, and the effective light receiving angle can be widened.
[0014]
Further, an optical means for condensing a light beam on the front surface of each light receiving port of each optical fiber may be provided. Thus, in the present invention, the light beam is focused on the front surface of the light receiving port of the optical fiber. Therefore, a light beam can be efficiently incident on each optical fiber.
[0015]
Further, a microlens array may be used as an optical means for condensing a light beam on the front surface of each light receiving port of each optical fiber.
[0016]
Further, in the optical space communication apparatus, a signal strength detector for detecting the strength of each signal detected by the plurality of photodetectors, and a light beam transmitted from the partner apparatus based on the strength of the signal. Means for analyzing the incident method. As described above, in the present invention, the intensity of each signal detected by the plurality of photodetectors is detected by the signal intensity detector. Therefore, the angle shift can be detected with a simple configuration without using an optical system for separately detecting the optical axis shift and a special position detecting element.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram best illustrating an optical space transmission apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the configuration of the conventional receiving optical system shown in FIG. 5, the portion after the polarization beam splitter 23 is changed as shown in FIG.
[0018]
In FIG. 1, a light beam 10 sent from a partner device is condensed by a condensing lens 11 and is incident on an end face of an optical fiber bundle 12 composed of four optical fibers. Here, for example, the optical fiber bundle is configured as shown in FIG.
[0019]
FIG. 2 shows a state where a condensed light spot 17 is incident on a cross section of the optical fiber bundle 12 in which the optical fibers 12a to 12d are bundled. Here, the light spot 17 moves according to the incident angle of the light beam 10 sent from the partner device, but the light receiving range can be widened by bundling the optical fibers.
[0020]
The light that has entered the optical fiber bundle 12 enters the light receiving elements 13a to 13d. The light incident on the light receiving elements 13a to 13d is converted into an electric signal, multiplexed by the multiplexing unit 14, and output from the reception signal output unit 15 as a reception signal. On the other hand, the position of the light spot 17 can be detected by detecting the optical signal intensity incident on the light receiving elements 13a to 13d by the optical axis shift detecting unit 16 and comparing the respective optical signal intensities.
[0021]
This is the same principle as that of detecting a light spot by the four-division photodiode in FIG. From the position of the light spot 17, the incident angle of the light beam 10 sent from the partner device can be known. Based on this information, it is possible to correct the optical axis deviation by directing the optical system 20 in the direction of the other device in the same manner as in the first conventional example.
[0022]
As described above, in the optical space transmission apparatus according to the first embodiment, the angle shift can be detected with a simple configuration without using an optical system for detecting an optical axis shift and a special position detecting element. .
[0023]
In the optical space transmission apparatus according to the second embodiment, the micro lens array 18 is disposed between the condenser lens 11 and the optical fiber bundle 12 in order to make the light enter the optical fiber without waste. This is the same as in the first embodiment. FIG. 3 shows a state in which the light spot 17 condensed on the microlens array 18 is incident.
[0024]
FIG. 4 is a diagram best illustrating the optical space transmission apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, a light beam 10 incident from a partner device is condensed by a condenser lens 11 and is incident on a micro lens array 18. The microlens array 18 is arranged so that the incident light is focused on the core of each optical fiber of the optical fiber bundle 12.
[0025]
Therefore, the light beam 10 that has entered the microlens array 18 can efficiently enter the core of each optical fiber. The light incident on the optical fiber bundle 12 is processed in the same manner as in the first embodiment, and the angle shift is detected. Thus, by inserting the micro lens array 18 between the condenser lens 11 and the optical fiber bundle 12, the received light beam 10 can be efficiently taken into the light receiving elements 13a to 13d.
[0026]
In the first and second embodiments, the case where four optical fibers are bundled has been described. However, the number of optical fibers is not limited to four, and there is no problem as long as the configuration can detect the direction of the partner device with a plurality of optical fibers.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in an optical space communication device that is installed oppositely between distant points and communicates with a light beam, the intensity of each signal detected by the plurality of photodetectors is detected. A signal intensity detector for detecting an optical signal by detecting an incident method of a light beam sent from a partner device based on the signal intensity. It is possible to provide an optical space communication device that can detect an angle shift with a simple configuration without using a special position detecting element in addition to the detector and that has an optical axis correction function at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a spatial light transmission device according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a diagram of a fiber bundle and a light spot; FIG. 3 is a diagram of a microlens array and a light spot; FIG. FIG. 5 is a diagram showing a spatial light transmission device according to a second embodiment of the invention. FIG. 5 is a diagram showing a conventional light space transmission device. FIG. 6 is a diagram showing a conventional spot position detecting element.
Reference Signs List 10 Light beam 11 Condensing lens 12 Optical fiber bundles 12a, 12b, 12c, 12d Optical fibers 13a, 13b, 13c, 13d Light receiving element 14 Combining unit 15 Received signal output unit 16 Optical axis deviation detecting unit 17 Optical spot 18 Micro lens Array 20 Optical system 21 Light emitting element 22 Condensing lens 23 Polarizing beam splitter 24 Transmitting and receiving lens 25 Light beam 26 Beam splitter 27 Light receiving element 28 Position detecting elements 28a, 28b, 28c, 28d Photodiode 29 Control circuit 30 Drive circuit 31 Vertical direction Drive mechanism 32 vertical drive mechanism
